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Dokumentenidentifikation DE102004056263B4 06.12.2007
Titel Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des Magnetfeldes in einem YIG-Filter
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Tremmel, Claus, 85540 Haar, DE;
Jünemann, Ralf, Dr., 81735 München, DE;
Hohenester, Wilhelm, 81543 München, DE;
Hechtfischer, Gerd, Dr., 80805 München, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 22.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004056263
Offenlegungstag 01.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse H01P 1/218(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des in einem YIG-Filter herrschenden Magnetfeldes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

YIG-Bandpaßfilter verfügen über zumindest ein YIG-Element, welches vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und aus einem Yttrium-Eisen-Granat (Yttrium-Iron-Garnet oder YIG) hergestellt ist. Die Resonatorwirkung wird mittels Koppelschleifen erzielt.

Die Patentschrift DE 37 32 794 C2 beschreibt einen ferromagnetischen Resonator mit einer Temperatur-Kompensationseinrichtung unter Verwendung vorkodierter Kompensationsdaten.

Aus der DE 39 27 347 C2 ist ein ferrimagnetischer Resonator in YIG-Filtern und Oszillatoren bekannt. Der ferrimagnetische Resonator umfasst ein Gehäuse, welches die Magnetpolstücke und die Spulen umschließt. In einem Luftspalt zwischen den kurzen abgeschrägten Spitzen der Polstücke liegen ein oder mehrere ferromagnetische, kristallische Resonatorelemente.

Die US 4,334,201 zeigt einen YIG-Bandpassfilter mit mehreren YIG-Kugeln und Koppelschleifen, die in einem Magnetfeld liegen, das von den Polstücken und von zwei Spulen, die die Polstücke umschlingen, gebildet wird, wobei beide Spulen durch einen Leiter verbunden sind.

Die US 4,263,554 zeigt ein YIG-Filter, bei dem eine YIG-Kugel im Luftspalt eines Magnetfeldes liegt, das durch eine erste Spule und durch eine zweite Spule erzeugt wird, wobei die erste Spule die Mittenfrequenz festlegt und die zweite Spule eine Frequenzabweichung bewirkt.

Aus der DE 29 02 572 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung und Stabilisierung von Magnetfeldern unter Ausnutzung der ferromagnetischen Resonanz (FMR) eines ferromagnetischen Körpers bekannt.

Die Patentschrift DE 32 02 329 C2 beschreibt einen abstimmbaren Frequenzvervielfacher mit einem YIG-Filter, das eine YIG-Kugel, eine Eingangskopplungsschleife, eine Ausgangskopplungsschleife und einen Elektromagneten enthält.

Die Publikation "YIG resonators arid systems" von J.Helszajn, welche im Dezember 1983 in Electronic Engineering auf den Seiten 47-50, sowie 53-54 und 56 erschienen ist, zeigt einen YIG-Oszillator und einen Bandsperrfilter mit einer bzw. mehreren YIG-Kugeln und Koppelschleifen, die in einem Magnetfeld liegen.

Die Publikation "YIG Oszillatoren verfügen über einen weiten Anwendungsbereich" von P.v. Tamm und U. Blievernicht, welche in Philips Sivers Lab als Schwerpunktthema auf den Seiten 91-93 erschienen ist, zeigt einen YIG-Oszillator mit einer YIG-Kugel und einer Koppelschleife, die in einem von einem Elektromagneten erzeugten Magnetfeld liegen.

Ein YIG-Bandpaßfilter ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 4309852 C2 bekannt. Das durchstimmbare YIG-Bandpaßfilter weist dabei einen festen Magnetpol, einen zu diesem beabstandeten, nicht planparallelen drehbaren Magnetpol, einen Elektromagneten zur Veränderung des Magnetfeldes zwischen den Polen und mehrere Resonatoren (YIG-Elemente) auf, die untereinander gekoppelt und in dem Magnetfeld zwischen den Polen angeordnet sind. Die Anzahl der ferrimagnetischen Resonatoren beträgt drei oder mehr mit je einem Eingangs- und Ausgangsresonator und zumindest einem dazwischenliegenden Resonator. Der drehbare Magnetpol wird so gedreht, daß die Resonatoren durch das Magnetfeld zwischen den beiden Magnetpolen auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt werden.

Weiterhin ist es aus der Praxis bekannt, das Magnetfeld des Filters zwischen den Magnetpolen mit einem Gradienten zu versehen, um das Filter abstimmen zu können. Zu diesem zweck werden die Polschuhe des Magneten bezüglich einer Raumachse gegeneinander verkippt, indem eine Unterlagscheibe einseitig zwischen den trennbaren Schenkel des Magneten gelegt wird.

Nachteilig an dem genannten Verfahren ist dabei insbesondere, daß das Verfahren aufwendig ist, da jedes Mal der Magnet demontiert werden muß, um Unterlagscheiben verschiedener Stärke einlegen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des Magnetfeldes für ein YG-Filter zu schaffen, die eine Abstimmung auf nichtmechanischem Weg durch Einsatz eines zusätzlichen Magnetfeldes ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung umfaßt dabei zusätzliche Magnetspulen, welche zumindest eines der YIG-Elemente einem zusätzlichen Magnetfeld aussetzen. Dadurch ist eine einfache, getrennte Einstellung des auf mindestens ein YIG-Element wirkenden Gesamtfeldes möglich, ohne den YIG-Filter zum Abgleich mehrfach mechanisch demontieren zu müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine stark schematische, perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines YIG-Bandpaßfilters mit YIG-Elementen und Koppelschleifen, und

2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines YIG-Bandpaßfilters mit einem zusätzlichen Magnetspulenpaar.

Die 1 zeigt in einer stark schematisierten, perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines YIG-Bandpaßfilters 1, das im Ausführungsbeispiel vier in einem nicht dargestellten Grundkörper angeordnete YIG-Elemente 2 aufweist. Die YIG-Elemente 2 sind dabei kugelförmig aus einem Yttrium-Eisen-Granat ausgebildet und durch Koppelschleifen 3 elektromagnetisch miteinander gekoppelt. Durch je eine Ein- bzw. Auskoppelschleife 4 erfolgt die Anbindung an Koaxialkabel 5 nach außen.

Die Durchstimmbarkeit des YIG-Filters 1 ist durch die physikalischen Eigenschaften der YIG-Elemente 2 im Zusammenwirken mit einem äußeren Magnetfeld B0 bedingt, welches, wie in 2 dargestellt, über zwei Magnetpole 6 erzeugt wird, zwischen denen die in 1 dargestellten Filterkomponenten angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 nur die YIG-Elemente 2 dargestellt.

Das Magnetfeld B0 bestimmt die Resonanzfrequenz der YIG-Elemente 2, so daß durch eine Änderung des Magnetfeldes B0 eine Verschiebung der Resonanzfrequenz möglich ist. Um eine gute Anpassung des YIG-Filters 1 zu erzielen, ist es jedoch notwendig, denjenigen der YIG-Elemente 2, die nicht direkt an die Ein- bzw. Ausgangsleitung 4 gekoppelt sind, ein etwas größeres Magnetfeld anzubieten.

Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Aufhebung der Planparallelität der Magnetpole 6 durch mechanische Verkippung der Magnetpole 6 gegeneinander. Dabei wird auf einer Seite zwischen den nicht dargestellten Schenkelhälften des Magneten eine Unterlagscheibe eingeschoben, so daß zwischen den Magnetpolen 6 bezüglich einer radialen Raumachse der gewünschte Gradient des Magnetfeldes entsteht.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist ein komplizierter Abgleich des YIG-Filters 1, bei dem immer wieder die gesamte Filterkonstruktion auseinandergeschraubt werden muß, damit Unterlagscheiben unterschiedlicher Dicke eingelegt werden können.

Demgegenüber erfolgt der Abgleich des Magnetfeldes B0 gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein überlagertes, zweites Magnetfeld B1. Dieses wird durch zusätzliche Magnetspulen 7 erzeugt, welche auf die Magnetpole 6 aufgewickelt und untereinander durch eine Überleitung 9 verbunden sind.

Dabei sind, wie aus 2 ersichtlich, die Magnetpole 6 mit jeweils einem Schlitz 8 versehen. Die Magnetspulen 7 sind somit jeweils um eine Hälfte des jeweiligen Magnetpols 6 gewickelt, so daß die Beeinflussung des Magnetfeldes B0 lediglich in einem begrenzten Bereich um zwei der im Ausführungsbeispiel vier YIG-Elemente 2 stattfindet. Über den Strom durch die zusätzlichen Magnetspulen wird in dem gewählten Bereich ein Magnetfeld B1 erzeugt, welches sich bei entsprechender Richtungswahl des Stromes zum bereits vorhandenen Feld addiert.

Die Schlitze 8 in den Magnetpolen 6 sind dabei parallel zueinander und mittig zu den beiden Paaren von YIG-Elementen 2 angeordnet. Dabei befinden sich nur diejenigen YIG-Elemente 2, welche nicht direkt an die Ein- bzw. Ausgangsleitung 4 gekoppelt sind, im Wirkungsbereich des zusätzlichen Magnetfeldes B1. Der eingeprägte Strom bestimmt dann den Offset in den Resonanzfrequenzen der beiden Paare von YIG-Elementen 2 zueinander.

Das Prinzip der zusätzlichen Magnetspulen 7 kann je nach Geometrie beliebig verfeinert werden. So ist es z.B. möglich, bei gängigen mehrstufigen YIG-Filtern 1 einzelne Bereiche mit einem zusätzlichen Magnetfeld B1 zu beaufschlagen, indem die Magnetpole 6 mehrfach geschlitzt ausgebildet und dann in einzelnen Bereichen wie z.B. in Hälften, Vierteln oder anderen Teilungen mit den zusätzlichen Magnetspulen 7 versehen werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einem drei- oder mehrstufigen YIG-Filter 1 an beliebigen Positionen ein Magnetfeld B1 zu superponieren, um den Abgleich in einfacher und zuverlässiger, stufenlos variierbarer Form zu ermöglichen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt und für beliebig ausgestaltete YIG-Filter 1 beispielsweise mit mehr YIG-Elementen 2 oder unterschiedlichen Anordnungsgeometrien geeignet. Die einzelnen Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des in einem YIG-Filter (1) herrschenden Magnetfeldes, wobei das YIG-Filter (1) mehrere YIG-Elemente (2) umfasst, die durch Koppelschleifen (3) elektromagnetisch gekoppelt und einem ersten Magnetfeld (B0) ausgesetzt sind, sowie Magnetpole (6) zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes (B0) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der YIG-Elemente (2) einem zusätzlichen Magnetfeld (B1) ausgesetzt ist, welches durch zumindest zwei zusätzliche Magnetspulen (7) erzeugt wird, und dass die Magnetpole (6) jeweils zumindest einen Schlitz (8) aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Magnetspulen (7) so auf die Magnetpole (6) gewickelt sind, daß sie durch die Schlitze (8) verlaufen. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (8) parallel zueinander ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulen (7) so angeordnet sind, daß das zusätzliche Magnetfeld (B1) auf diejenigen YIG-Elemente (2) wirkt, welche nicht an eine Ein- bzw. Ausgangsleitung (4) gekoppelt sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulen (7) getrennt von den Magnetspulen, welche das erste Magnetfeld (B0) erzeugen, mit Strom beaufschlagt werden können. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelder (B0, B1) additiv wirken. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpole (6) jeweils mehrere Schlitze (8) aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpole (6) dadurch Halb-, Viertel- oder höhere Teilungen erhalten. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Magnetspulen (7) jeweils um einen der durch die Teilungen entstandenen Magnetpolanteil gewickelt sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Magnetspulen (7) durch eine Überleitung (9) miteinander gekoppelt sind.






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